共生微生物是人體看不見的盟友，它們正在消失

我們想講一個有關出生的故事。我們都知道嬰兒出生時產房發出的第一聲啼哭會給親人帶來莫大的喜悅。其實，出生的時候還會發生一系列微觀事件，我們看不見，甚至都不曾關注過，但是這些事件可能會對孩子的一生健康產生影響，甚至可能影響人類的未來。

是不是有些聳人聽聞，為了解釋這句看似浮誇的開場白，我們首先需要介紹一下目前科學界最熱門的話題之一：人類共生微生物。我們想要了解人類共生微生物，想要了解它們如何融入到生命本身的史詩般的故事中，我們需要回到地球生命誕生之初。

生命的誕生

45億年前，我們生活的地球誕生了。在接下來的5億年裡，隕石撞擊著這顆新的行星。撞擊結束後，地球表面開始慢慢冷卻並穩定下來。隨著地球持續冷卻，雲層形成，產生了大量的雨水，形成了世界上的海洋。大陸開始形成，同時也出現了生命。

儘管環境毒性很高，但是單細胞的微生物在35億年前就出現了。這些活性微生物，比如細菌，並不只是出現並存活下來，它們還茁壯成長。從那時起，微生物就成功地佔領了這個星球。在高山上，在海洋深處，甚至在大氣層深處都發現了各種各樣的微生物。

最先出現的可能是簡單的細菌細胞。不久之後（也可能是之前），另一種單細胞生物古生菌出現了。細菌和古生菌都是原核生物，缺乏真正細胞核的單細胞生物。事實上，它們可能是從同一個祖先進化而來的。然而，從基因和生物化學的角度來看，它們是完全不同的。說得更專業一點：細菌和古生菌有著不同的核糖體RNA；古生菌有三種RNA聚合酶，而細菌只有一種；它們的細胞壁和細胞膜也不同。我們今天看到的幾乎所有生命，包括所有植物和動物，都是真核生物，它們具有細胞核和能夠產生能量的線粒體。

大約6億年前，一些簡單動物、魚類、原始兩棲動物和陸生植物開始出現。到4億年前，昆蟲和兩棲動物的發生推動了進化的發展。爬行動物大約在3億年前發展起來，而哺乳動物則在此後的1億年左右出現。然後出現了鳥和花，靈長類動物在6000萬年前開始進化。在過去的250萬年裡，人類才開始進化。自以為是地球主宰的現代人類其實僅僅存在了20萬年，換句話說，人類只存在了地球歷史的4/100000。

細菌在進化中發揮什麼作用？

在所有這些不同的進化階段，從微生物一直到我們人類的進化，細菌一直存在，細菌一直是所有其它生命形式的一部分。

換句話說，從一開始，所有的生命形式都是通過與這些微生物融合而成為新的生命形式來應對細菌的存在。人類也是如此。隨著我們的進化，我們也與細菌融合在一起，以至於細菌大量存在於我們的身體甚至我們所有的細胞中。地球上的其它動植物也是如此。

我們的細胞中確實含有一些細菌成分，比如線粒體，它們是與其它細胞融合的原始細菌。換句話說，存在於我們身體每個細胞中的線粒體是由細菌進化而來的。這種自由生存的細菌與另一個細胞融合或被另一個細胞吞噬，它們變成了線粒體，產生大量的能量，細胞因此而受益；這些線粒體也因為開始生活在一個受到保護且營養豐富的細胞中而獲益。更重要的是，細菌不僅僅局限於我們的細胞內，數以萬億計的細菌還生活在我們的細胞之外，覆蓋並包圍著我們的身體。

換言之，我們的身體不僅僅是由人體細胞組成的，它們也充滿了細菌。實際上，人體是一個由人體細胞和微生物共同組成的複雜生態系統。所以，我們應該以一種新的方式看待自己，人不僅僅是單一的「我」，而是一個多種多樣的「我們」，是一個由人和微生物構成的超級生物體。做任何事情，我們不應該只考慮「我」，還應該考慮那些與我們朝夕相處、互惠共生的微生物。

那麼，什麼是人類共生微生物呢？

人體共生微生物是所有生活在人體內的微生物，包括細菌、真菌、病毒等等。一直以來，人們估計，人體共生微生物的數量為人體自身細胞的10倍，這意味著我們的身體是由90%的微生物細胞和10%的人體細胞組成的。在重量上，這些微生物的重量估計超過1公斤，或者換句話說，相當於人腦的重量。

科學家最近修正了這一估計，我們可能不能對微生物與細胞的比例進行簡單概括，因為這取決於一個人的大小，甚至可能取決於他們剛剛吃了什麼。事實上，這一比例可能高達100:1（比人體細胞多100倍），也可能低至1:1（微生物與人體細胞數量相當）。不管怎樣，無論這個比例是多少，我們體內都擁有大量的微生物。

然而，故事並沒有就此結束，生活在我們體內的數千種不同種類的細菌還攜帶著大量的遺傳物質。人體大約有2萬多個基因，這些基因統稱為人類基因組，它攜帶著人類生長和發育所需要的所有遺傳指令。除此之外，我們體內的微生物也有自己的基因組，據估計，它們所編碼的基因數量是人類自身基因的近150倍，甚至可能更高。

這為我們了解人體奧秘打開了一個全新的世界，它改變了我們對自己的看法，我們的皮膚上、我們的腸道裡都有微生物，我們更像是微生物而不是人類。

細菌都生活在身體的哪些部位？

細菌棲息在我們的身體與外界接觸的部位。細菌存在於我們的皮膚上，也存在於我們口腔、呼吸道和肺部，我們每次呼吸時都會吸入很多細菌。以每分鐘12次的恆定呼吸速率計算，估計某人每次呼吸可以吸入50個細菌，那麼一分鐘就是600個，一小時就是36000個，每天可以吸入86萬個細菌。

我們的眼睛、耳朵和鼻子裡也有細菌，它們都是對外開放的，細菌可以通過這些部位進入我們的身體。

泌尿道是細菌進入和定植的另一個開口。尿液一度被認為是無菌的，然而，最近的研究表明，在健康人的尿液中也含有極少量的細菌。細菌通常不存在於健康人的腎臟中，但是如果他們發生膀胱炎或尿道感染，細菌可以沿著尿道進入膀胱，然後向上感染腎臟。細菌是否存在於健康個體的血液、心臟、肝臟、胰腺和卵巢中還需要進一步的研究。

大腦一直被認為是無菌的，但最近的研究表明並非如此。研究人員在研究愛滋病患者是否更容易感染大腦時發現，無論患者是否感染了愛滋病毒，他們研究的每個大腦都含有細菌。沒有人確切知道細菌是如何或何時穿過血腦屏障的，但是那裡確實存在微生物。

在女性體內，有一群微生物生活在她們的陰道內。陰道菌群極其重要，因為它包含了許多為後代儲備的微生物。在懷孕期間，胎盤中也可能存在少量微生物。

腸道是微生物的一個最大的棲息地，在我們胃腸道的每一個部位都有微生物。從廣義上說，胃腸道是從我們的口腔算起的，包括胃、小腸、大腸和肛門。從本質上說，胃腸道是一個中空的管子，食物從這裡向下傳遞。腸壁上排列著一層薄而潮溼的細胞層，稱為黏膜層，由附著在疏鬆結締組織（固有層）上的一層上皮細胞組成，其下是一層平滑肌（黏膜肌層），它幫助食物沿著腸道移動。它們共同組成腸道屏障，將腸道內容物與身體的其它部分分開。

數以萬億計的微生物生活在我們的腸道內，研究表明，當我們排便時，腸道細菌可能佔糞便物質固體成分的60%。腸道菌群是人體共生微生物中研究最深入的。這在一定程度上是因為越來越多的研究表明，腸道菌群在維持我們的整體健康中發揮著至關重要的作用，腸道微生物與我們身體各個器官之間都存在著聯繫，包括我們的大腦，腸道菌群的變化可能影響大腦的發育和行為。胃腸道在免疫系統的發育和功能中也扮演著重要的角色。

每個人的共生微生物群落都是不同的，就像我們的指紋一樣獨一無二。即使是同卵雙胞胎也有著獨特的微生物群落，這是因為從我們出生的那一刻起，我們就不斷地接觸到不同種類的細菌。每次我們呼吸的時候，每次我們吃東西的時候，每次我們觸摸其它東西的時候，我們都會接觸到微生物。我們無法看到我們不斷攝入和吸入的數以億計的細菌，但是那些細菌可能很快就會在我們的體內定居下來，而且很多很快就會成為我們身體的一部分。

我們體內的細菌到底在做什麼？

人類與生活在我們體內的微生物是互惠共生的關係。換句話說，人類細胞和微生物之間的關係是雙向的。我們的人體細胞對體內的細菌有好處，相反，細菌對人體細胞也有好處。人體細胞與細菌之間的這種相互作用使我們整個身體受益。我們可以說人類細胞加上細菌、病毒、古生菌、真菌和原生動物等都屬於同一個不可分割的團隊。

「團隊合作」用在這裡非常適合：體內的微生物幫助我們維持器官系統的正常功能，幫助我們遠離疾病；作為回報，我們給微生物一個溫暖舒適的家和充足的食物。

腸道微生物幫助分解營養物質，因此，如果這些微生物因為某種原因而消失，我們可能得不到我們所需要的某些營養物質，因為它們沒有被分解成可以利用的副產物。微生物也能分解環境中的有害化學物質，如果它們消失了，我們在與外界環境互動時，可能失去一些微生物給我們提供的保護。

我們的身體就是這樣一個完美的生態系統，充滿了數以萬億計的細菌，它們與人體細胞和諧工作，共同維護我們的健康。至少健康的人是這樣的。可是，我們現在病得越來越嚴重了。

我們發現，生活在工業化國家的人們正變得越來越虛弱，各種慢性疾病的發病率越來越高，我們正面臨著這種「慢性瘟疫」不斷蔓延的局面。

根據美國科學院院士、紐約大學醫學院Martin J. Blaser教授在《消失的微生物》一書中描述，自第二次世界大戰以來，美國的哮喘發病率已經上升了4-5倍。食物過敏的發生率也直線上升。

青少年糖尿病，也稱為1型糖尿病的發病率也在快速上升。與2型糖尿病不同，青少年糖尿病與肥胖無關，相反，它是一種自身免疫性疾病，免疫系統攻擊產生胰島素的細胞，而胰島素是一種調節血糖的激素。

乳糜瀉是另一種正在迅速上升的自身免疫性疾病。乳糜瀉患者飲食中的麩質會引發免疫反應，免疫系統會攻擊小腸細胞。在美國，自1950年以來，乳糜瀉的發病率上升了4倍。據最新估計，目前全世界有1/100的人患有這種疾病。

肥胖發生也同樣呈上升趨勢。在美國：2/3的美國成年人被認為超重或肥胖；1/3的美國成年人被認為是肥胖的；1/20的美國成年人被認為是極度肥胖；美國6-19歲的兒童中有1/3被認為超重或肥胖；1/6的6-19歲的美國兒童被認為肥胖。當然，日益嚴重的肥胖問題不僅僅局限於美國。許多其它工業化國家和發展中國家也是如此，包括我國。

胃食管反流病的發病率也有如此，自20世紀30年代這種疾病首次出現在醫學文獻中以來，它的發病率急劇上升。它與一種叫做巴雷特食管的癌前病變有關，這是某種食道癌的前兆。食道腺癌是美國和許多發達國家增長最快的癌症之一，在過去30年裡增長了6倍。

一些複雜的神經發育性疾病的發生率也在增加，比如自閉症。根據《中國自閉症教育康復行業發展狀況報告III》的數據，自閉症發病率逐年上升，報告中援引了美國最新統計數據，美國自閉症兒童發病率已由2009年的1/88，上升至現在的1/45；報告稱，我國自閉症發病率達到0.7%，實際上可能更高。

多動症、學習障礙、焦慮、抑鬱、癲癇、雙相情感障礙等兒童疾病和行為障礙的發病率都在迅速飆升。服用興奮劑或抗精神病藥物的兒童人數也在不斷增加。美國一項研究表明，在美國，五分之一的兒童被診斷出患有某種精神疾病，我國這一數據也不容樂觀。

那麼，是什麼導致了疾病的增加呢？是多方面的原因，還是有某個共同的原因導致我們病的越來越嚴重？

Martin J. Blaser教授在《消失的微生物》一書中闡述了一個理論，該理論為這種不斷上升的疾病浪潮提供了一個簡單的解釋。假設有10種疾病的發生同時明顯上升，可能每一種疾病都有自己單獨的原因，也可能有某一件共同的事件導致它們全部上升。Martin J. Blaser教授認為有一件事是我們微生物群落的變化，那些保護我們抵禦許多疾病的古老的微生物群落正在退化，隨著它們的退化，這些疾病的發生逐漸加劇。

我們每個人的身體裡都攜帶著成千上萬的不同種類的細菌，然而近些年來，隨著社會工業化，我們在某種程度上失去了一些腸道細菌的多樣性，這是有研究數據支持的。換句話說，生活在我們體內的細菌種類比過去要少了。

2015年4月，《Science Advances》雜誌上的一項研究發現，委內瑞拉的一個與世隔絕的美洲印第安部落的成員擁有迄今為止在人類身上發現的最多樣化的微生物群落。2008年，一架直升飛機首次從空中看到這一部落——亞諾馬米人，在過去的11000年裡，亞諾馬米人一直以狩獵採集為生，生活在一個偏遠的山區。研究人員一年後造訪了這一部落，收集了其中34人的口腔、糞便和皮膚樣本。

研究人員發現，亞諾馬米人的微生物群落多樣性比普通美國人高出約50%。研究小組推測，隨著人類社會工業化的進程，我們開始失去人體微生物群落中的一部分細菌。當把西方社會的微生物群落與生活在南美洲叢林中的與世隔絕的人類的微生物群落進行比較時，估計我們已經失去了大約三分之一的微生物多樣性。

微生物多樣性喪失三分之一對生活在工業化國家的人們意味著什麼，現在下結論還為時過早；然而，這項研究表明亞諾馬米人擁有比我們豐富得多的微生物群落，而且他們非常健康。

如果Martin J. Blaser教授的理論是正確的，我們可能會變得更加虛弱，因為我們已經失去了那些保護了我們無數代人的細菌物種多樣性。很明顯，我們的微生物群落多樣性正在下降。

那麼，是什麼導致了我們微生物群落多樣性的下降呢？其中一部分原因是現代生活方式：不健康的飲食、加氯消毒的自來水、剖腹產、無處不在的抗菌物質，當然還有抗生素的濫用。

抗生素如何影響微生物多樣性？

在過去的幾十年裡，抗生素在醫藥和農業中的使用迅速增長。據調查，中國抗生素使用量佔世界用量的一半，其中52%為獸用，48%為人用，另外有超過5萬噸抗生素被排在水土環境中。復旦大學對1000多兒童進行尿檢顯示，近六成兒童尿液中含有抗生素。

美國費城兒童醫院的一項研究查看了2001年至2013年間收集的6.5萬名美國兒童的健康記錄，結果發現，69%的兒童在兩歲之前就接觸過抗生素，到這個年齡時，平均每個兒童服用2.3劑量的抗生素。

在許多國家，各種抗菌藥物，包括抗生素、抗真菌藥和抗寄生藥，已被廣泛應用於動物養殖中。農民們使用這些藥物來防止感染，並使動物長得更快。今年起，我國農業部已經全面禁止在飼料中添加抗生素。

抗生素是如何發揮作用的？

抗生素是治療細菌感染的藥物，它們要麼直接殺死細菌，要麼抑制細菌的生長，從而給人體免疫系統留出時間來對抗感染。

有些抗生素針對的是特定的有害細菌，它們被稱為窄譜抗生素，比如青黴素只對革蘭氏陽性細菌有作用。其它的抗生素是廣譜的，這意味著它們不會區分不同種類的細菌，它們殺死有害細菌的同時也會殺死有益細菌，四環素就是這樣一種廣譜抗生素，對多數革蘭氏陽性和陰性細菌都有作用。

抗生素的起源是什麼？

在發現抗生素之前，人類的健康確實處於巨大的危機之中。結核、霍亂和鼠疫等細菌感染導致全球數百萬人死亡。在19世紀，百日咳和猩紅熱流行，很多孩子都不能活過童年期。我們不停地與這些可怕的病原體交戰。幸運的是，在20世紀，從Alexander Fleming發現青黴素開始，一系列新的抗生素也逐漸被發現，這無疑挽救了很多人的生命。

1928年，生物學家Alexander Fleming在一次過失中偶然發現了第一個真正的抗生素青黴素。故事是這樣的：Fleming在一次實驗後將未經清洗的眾多培養皿摞在一起，放在實驗臺陽光照不到的位置，就休假去了。在度假歸來後，Fleming打開了他的一個含有葡萄球菌菌落的培養皿，這是一種可引起癤子、喉嚨痛和膿腫的細菌。他發現培養皿有一些不尋常之處，培養皿的大部分區域都覆蓋著葡萄球菌菌落，但有一個區域汙染了藍綠色黴菌。汙染的黴菌周圍有一個清晰可見的圓形區域，沒有葡萄球菌的生長，黴菌似乎在分泌某種阻止細菌生長的東西。Fleming對這種抑菌的黴菌汁進行了純培養，因此而發現了青黴素。

Fleming的黴菌汁可以殺死各種有害細菌，包括鏈球菌、腦膜炎球菌以及由芽孢桿菌引起的白喉，但是它非常不穩定，難以大量生產。十多年後的1939年，牛津大學的研究人員Howard Walter Florey、Ernst Boris Chain及其團隊把青黴素變成了一種救命藥。

Fleming的發現以及Florey和Chain隨後將其用於醫療，無疑是20世紀最偉大的發現之一，挽救了數百萬人的生命。三位科學家也因為青黴素的發現而獲得1945年諾貝爾生理學或醫學獎。

今天的抗生素是怎麼樣的？

抗生素已經成為現代醫學的支柱，每天都在拯救生命。它們是各種疾病治療過程的基礎，在普通外科手術和移植手術中、在化療中、在一些危險的細菌感染的治療中……都需要用到抗生素。在過去幾十年裡我們很容易獲得抗生素，我們甚至認為我們生活在人類歷史上一個相當優越的時期。

然而，這種優越是有代價的。我們越來越多地使用抗生素，甚至在許多工業化國家達到了濫用的程度。這種濫用導致了日益嚴重的抗生素耐藥性威脅，這是目前醫學討論的一個熱門話題。

抗生素耐藥性意味著曾經對某些細菌菌株有效的抗生素不再有效，這意味著許多嚴重的疾病正變得對抗生素治療具有耐藥性。2014年5月，英國《衛報》上發表的一篇基於世界衛生組織同年發表的《全球抗菌素耐藥性報告》的評論文章指出，工業化國家中被認為早已消失的六種疾病可能會捲土重來。這六種疾病是肺結核、淋病、克雷伯氏菌感染（可導致肺炎、尿路感染、敗血症、腦膜炎和腹瀉等）、傷寒、梅毒和白喉。過去可以治療的疾病，比如肺結核，現在可能往往是致命的，其它疾病也在朝著同樣的方向發展。真正可怕的是，這一問題已經在我們身邊發生。

抗生素正在破壞我們的微生物群落的平衡

有時抗生素的使用是不可避免的，而且通常可以挽救生命，例如，不幸發生嚴重的感染時，比如敗血症。但是，有的時候醫生會為了清除一些並不危及生命的感染而開具抗生素，雖然抗生素可能會成功地治療你的細菌感染，但它們也可能在身體的其它地方造成問題，例如，它們可能會破壞我們的腸道菌群平衡。

如果你曾經在一個療程的抗生素後發生過腹瀉，你可能已經意識到這一點。有時候腹瀉需要一段時間才能緩解，其實這就是我們的腸道菌群在向我們發出信號，告訴我們有人對它們不利。

如果你是女性，你可能在使用幾天的抗生素後經歷陰道酵母菌感染，這就是念珠菌性陰道炎。三分之一使用抗生素的女性可能會患上念珠菌性陰道炎，因為抗生素可能會使陰道菌群失去平衡。廣譜抗生素可以清除全身的許多細菌，包括陰道裡的一些有益細菌。這些細菌是保持陰道內酵母菌數量平衡所必需的。當這些細菌減少或消失時，酵母菌就會繁殖，直到酵母菌過度生長，最典型的是念珠菌，從而表現為念珠菌性陰道炎。一些非處方藥可以很容易地治療酵母菌感染，但是我們更建議採用更天然的療法，比如使用益生菌來恢復陰道菌群的自然平衡。

我們可以用一個類比的方法來解釋微生物多樣性對我們人體健康的重要性。我們可以用森林多樣性做類比：如果我們砍掉森林中一半的樹木，那麼剩下的樹木可能就會改變森林的面貌，森林裡的動物們也可能會因為棲息地的改變而改變，整個森林呈現出一種完全不同的景象。僅僅移除一個物種就足以影響生態系統中所有剩餘物種之間的相互作用。棲息地發生變化，一些物種開始滅絕，其它物種開始大量繁殖。最終，導致生態平衡的變化。

以森林多樣性為例：如果我們從茂密的森林中移走枝繁葉茂的橡樹，更多的陽光會照射到森林的地面上；那麼，喜歡陰涼的植物就可能會死亡甚至滅絕，而喜歡陽光的植物就可能開始繁殖。曾經那些以陰涼的森林地面植物為食的昆蟲不得不飛到別處尋找食物，而以這些昆蟲為食的森林動物也就減少了。然後，森林裡可能會出現不同的昆蟲，接著是吃這些昆蟲的動物。也許有一種昆蟲非常喜歡這些新環境，它會以驚人的速度繁殖，它們變得太多了，以至於這種喜陽光的植物無法維持。這種植物可能會死去，整個生態系統又開始發生改變。所有這一切可能都是因為我們移走了一種樹。

在這個例子中，被我們移走的橡樹可能就是我們微生物群落中的一個關鍵物種，這一物種可能對整個生態系統中的所有其它物種都有強大的影響。我們身體的微生物群落中可能含有很多關鍵的物種，如果因為使用抗生素而擾亂了這些關鍵物種，就可能對整個微生物群落甚至我們的整體健康造成嚴重的後果。

這可能正在我們的體內發生。我們採取的任何行動都可能擾亂我們的微生物生態系統。如果有什麼東西擾亂了微生物群落的平衡，這可能會使整個微生物群落更容易受到大規模的攻擊。隨著我們體內的微生物一個接一個地滅絕，我們對肥胖、糖尿病和哮喘等慢性疾病變得更加易感。

下面，我們對今天的內容做個簡單的總結：

• 人類標榜自己是地球的主宰，其實，地球上最早的生命形式是微生物，它們成功地佔領了整個地球。此後，包括人類在內的所有其它生命形式都與微生物一起進化。

• 人類是一個由人體細胞和微生物組成的超級生物體，我們的身體攜帶有數以萬億計的微生物，其數量甚至遠遠超過人類自身的細胞。這為我們了解人體奧秘打開了一個全新的世界，它改變了我們對自己的看法，從某種意義上說，我們更像是微生物而不是人類。

• 這些生活在我們身體上並以我們的身體為家的微生物統稱為人體共生微生物，包括細菌、病毒、古生菌和真菌等等。它們生活在我們的皮膚，我們的耳朵、鼻子、嘴巴和肺中，更多的生活在我們的腸道內。如果你是女性，它們還生活在你的陰道裡。這些細菌的存在有助於保持我們的身體正常功能，幫助保護我們遠離疾病。

• 現代生活方式的方方面面，包括飲食、生活方式、抗生素、抗菌產品和不斷上升的剖宮產率等等，都減少了人體微生物物種的多樣性，估計減少了約三分之一。微生物多樣性的喪失可能導致許多常見非傳染性疾病的增加，包括過敏、哮喘、糖尿病、自身免疫性疾病、肥胖、某些心理健康問題，甚至某些癌症。

總而言之，擺在我們面前的可能是一場非常可怕的公共健康危機。但還有希望，認識到問題是找到解決辦法的第一步。那麼，我們現在已經意識到問題的存在了，我們要做的可能就是提高公眾的認識了。首先，我們要做的可能就是從提高人們對生命之初所發生的微觀事件的認識開始，這就是我們想講的一個有關出生的故事，那是一個可能影響我們一生的微觀故事。接下來，我們將對此詳細探討，敬請關注！

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